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E PROTEÍNA DO GRUPO 1 DE MOBILIDADE ALTA (HMGB-1): FUNÇÃO IMUNEE UTILIZAÇÃO COMO MARCADOR DIAGNÓSTICO*

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PROTEÍNA DO GRUPO 1

DE MOBILIDADE ALTA

(HMGB-1): FUNÇÃO IMUNE

E UTILIZAÇÃO COMO

MARCADOR DIAGNÓSTICO*

DANILO MESQUITA JUNIOR, JÚLIO ANTÔNIO PEREIRA E ARAÚJO,

WILSON DE MELO CRUVINEL

Resumo: a HMGB1 é uma proteína de alta mobilidade, não histônica com

pa-pel estrutural na arquitetura cromossômica e que na inflamação, ativação ce-lular e morte cece-lular, passa a ser expressa no citoplasma e meio extracece-lular. Estudos demostram que a dosagem de HMGB-1 nos fluidos biológicos possui forte associação com a fisiopatologia de doenças inflamatórias e autoimunes, objeto de discussão do presente estudo de revisão.

Palavras-chave: HMGB-1. DAMPs. Inflamação. Autoimunidade. PROTEÍNAS HMGB-1

E

m 1973, foi descoberto um grupo de proteínas nucleares não-histonas com elevada mobilidade eletroforética denominado grupo de proteí-nas de alta mobilidade (HMG - High Mobility Group), relacionadas à resposta inflamatória. Tais proteínas HMG pertencem a três superfamílias denominadas HMGB, HMGN e HMGA. Dentre elas, a proteína do grupo 1 de alta mobilidade (HMGB1 - High Mobility Group Box 1 ) é a mais abundante e a com maior número de estudos a seu respeito (KANG et al., 2014).

Sabe-se atualmente que essas proteínas correspondem a uma das primei-ras linhas de defesa do organismo humano sendo ativadas frente à agressão por agentes exógenos (infecções) ou endógenos (lesão tecidual) e coordenam a resposta ao estresse celular, desempenhando um papel fundamental não só no interior da célula, mas também no meio extracelular (KANG et al., 2014, LU et al., 2014). Conforme representado na Figura 1, no interior celular, a HMGB1 liga-se ao DNA, modulando a arquitetura cromossômica e no meio extrace-lular podem servir como um padrão molecular associada a danos (DAMPs) estimulando a resposta inflamatória inata (HARRIS et al., 2012). Atuam iso-ladamente ou complexadas à citocinas e a outras moléculas exógenas e

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genas, ou ainda interagindo com uma variedade de receptores de superfície, incluindo os receptores semelhantes ao Toll – (Toll like receptors - TLR) - (HARRIS et al., 2012). Wang e colaboradores (1999) relataram que as moléculas HMGB-1 são liberadas como mediadores inflamatórios por macrófagos e monócitos ativados com produ-tos bacterianos ou pela ação de citocinas inflamatórias como TNF-α, IL-1β e IFN-γ (WANG et al., 1999). Tais moléculas são compreendidas atualmente como padrões moleculares ativadores da imunidade inata - DAMPs - (PASSALI et al., 2012) e outra fonte destas proteínas são as células necróticas (SCAFFIDI et al., 2002).

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estudos , Goiânia, v . 41, n. 4, p . 821-830, out./dez. 2014. 823 FUNÇÃO DAS HMGB-1

As HMGB-1 são predominantemente encontradas no núcleo celular mas estão presentes também em vesículas citoplasmáticas e também no meio extracelular (AN-DERSSON et al., 2000; AN(AN-DERSSON et al., 2011). Possuem amplo repertório de atividades imunológicas que envolvem desde a estimulação da produção de citocinas, a quimiotaxia, a angiogênese e a diferenciação e proliferação celulares (ANDERS-SON et al., 2000; ANDERS(ANDERS-SON et al., 2011). As moléculas são hábeis em recrutar e ativar células para o foco inflamatório frente a um estímulo agressor. Além disso, po-dem modular a hematopoiese, estimular células epiteliais e neuronais e mediar efeitos sistêmicos, tais como febre, anorexia e respostas de fase aguda (HARRIS et al., 2012). No núcleo celular as HMGB-1 atuam como fatores de ligação à cromatina modu-lando a conformação do DNA a Histona e regumodu-lando a transcrição e a segregação das moléculas de DNA (SCAFFIDI et al., 2002). Podem interagir também direta-mente com outros fatores nucleares como o p53, NFk-B e receptores de glicocor-ticóides. Além disso, influenciam no mecanismo de recombinação V(D)J, essencial na produção de imunoglobulinas e receptores de células T (HARRIS et al., 2012). No meio extracelular as HMGB-1 ligam-se aos receptores RANGE (Receptor for

Ad-vanced Glycation End products) ou aos receptores TLR-2, TLR-4 e TLR-9, mediando a resposta inflamatória a partir da ativação da via do NFk-B que resulta na ativação de genes pró inflamatórios (SCAFFIDI et al., 2002). Tal ação resulta na produção de várias citocinas pelos macrófagos como TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8, MIP-1α e MIP-2β (VOLL et al., 2008). Apesar das HMGB-1 induzirem a inflamação, segundo Chen e colaboradores, elas também podem mediar efeitos anti-inflamatórios, inibindo a via NFk-B a partir da ligação direta das HMGB-1 com TLR-4 (CHEN et al., 2009).

Apesar da função das HMGB1 no citoplasma ser bastante estabelecida, alguns autores sugerem que elas podem atuar como um sensor “universal” de ácidos nucleicos citosólicos, na ativação da inflamação pela via PKR – (dsRNA proteína quinase de-pendente) (LU et al., 2012). Tem sido relatado também a participação de tais proteínas no processo de autofagia pelas vias da cisteína (TANG et al., 2010) e na formação e liberação de vesículas para o meio extracelular (ANDERSSON et al., 2000; YANG; TRACEY 2010; GARDELLA et al., 2002). De fato, Yanai e colaboradores demonstra-ram que a ausência de proteínas HMGB1 citosólicas prejudica sevedemonstra-ramente a indução de respostas imunes mediadas pelo interferon tipo I e outras respostas imunes que dependem da ligação e ativação de moléculas de DNA e RNA no citoplasma da célula (YANAI et al., 2009, 2011). O quadro 1 resume as principais funções da HGMB-1 nos diferentes compartimentos celulares.

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Quadro 1: Função das proteínas HMGB-1 nos diferentes compartimentos celulares.

Ambiente Função

Núcleo Ligação ao DNA regulando a transcrição Estabilização da cromatina

Formação dos cromossomos Replicação celular

Reparo do DNA

Citoplasma Ativação da resposta inflamatória (via PKR) Autofagia (via das cisteínas)

Formação e liberação de vesículas Extracelular (ligada à membrana) Produção de Citocinas

Ativação plaquetária

Extracelular (plasmática) Estimulação da angiogênese Ação bactericida

Quimiotaxia

Fonte: Adaptada de Yang et al., (2013).

Alguns estudos demonstraram anormalidades na expressão destas proteínas em diferentes enfermidades como no câncer (TAKAHATA et al., 2011), sepsi, artrite reu-matóide, diabetes (NOGUEIRA-MACHADO; OLIVEIRA VOLPE, 2012), ateroscle-rose, fibrose cística (LIOU et al., 2012), apendicite (ALBAYRAK, Y. et al., 2011) entre outras. Segundo Schaper e colaboradores, a expressão aumentada dessas moléculas no ambiente nuclear, pode resultar no aumento dos níveis de morte celular e prejudicar o clearance de células mortas, o que poderia levar à exacerbação na inflamação local e

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PROTEÍNAS HMGB-1 COMO MARCADOR LABORATORIAL

A dosagem da HMGB-1 nos fluidos biológicos vem sendo explorada em estudos e correlações clínicas relevantes já foram demonstradas. A avaliação dessas proteí-nas pode ser realizada de duas formas: análise das proteíproteí-nas secretadas no plasma e expressão gênica de fatores nucleares relacionados a genes da resposta inflamatória (SCAFFIDI et al., 2002).

Por certo período a avaliação da HMGB-1 foi muito prejudicada pela falta de um método de dosagem bem validado e de kits comercias disponíveis. Nesta ocasião, os métodos in house eram a única opção disponível, tais como Western blotting e a marcação por imunohistoquímica. Contudo, tais métodos são de difícil aplicação na rotina laboratorial devido à complexidade e tempo para execução (ANDERSSON et al., 2000; GAILLARD et al., 2008; SCAFFIDI et al., 2002). Consequentemente, foi lançado um método comercial para dosagem do HMGB-1 baseado na técnica imu-noenzimática (ELISA), o que favoreceu a padronização de ensaios de pesquisa das HMGB-1 e a sua utilização em ensaios clínicos. Este método se mostrou sensível su-ficiente para detecção de níveis de HMGB-1 em torno de 0.3 ug/L e tem sido utilizado até mesmo como um teste ou biomarcador prognóstico em pacientes com síndrome coronariana (YAMADA et al., 2006).

Apesar dos avanços nos métodos laboratoriais de dosagem da HMGB-1, uma limitação para este ensaio permanece e pode comprometer a análise dos resultados. Trata-se da ligação da HMGB-1 a outras moléculas formando complexos, como por exemplo a ligação por anticorpos. Esta limitação foi demonstrada em alguns estudos realizados em pacientes com Lúpus Eritematoso Sistêmico (LES), onde anticorpos anti-HMGB-1 podem ser encontrados e dependendo do ensaio utilizado (Imunoblot ou ELISA) os valores evidenciados podem ser bem diferentes, uma vez que a ligação dos anticorpos prejudica a detecção (URBONAVICIUTE et al., 2007; ABULAHAD et al., 2011; BARNAY et al., 2011). Outras limitações encontradas no estudo da HMGB-1 estão associadas ao pouco conhecimento que se tem sobre a biologia desta molécula quando se encontra no meio extracelular. Fatores como atividade biológica, metabo-lismo e estabilidade da molécula ainda são pouco conhecidos (WANG et al., 2010; DEAR et al., 2011).

Apesar das limitações para padronização do uso da HMGB-1 como marcador laboratorial, muitos ensaios clínicos estão sendo conduzidos (Quadro 2), como o rea-lizado por Liou e colaboradores em um estudo longitudinal de pacientes com Fibrose Cística realizado na Escola de Medicina da Universidade de Utah – USA (LIOU et al., 2012). O objetivo foi de identificar biomarcadores da doença e possíveis preditores de complicações futuras, levando-se em consideração a escassez de biomarcadores para acompanhamento da doença (LIOU et al., 2012). A detecção de marcadores de ativi-dade e marcadores prognósticos, além de auxiliar no entendimento dos mecanismos da enfermidade, poderiam indicar novos alvos terapêuticos e ferramentas de monito-ramento clénico e triagem.

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Quadro 2 - Estudos mostrando a correlação clínica e laboratorial dos ensaios de dosagem do HMGB-1 em amostras biológicas humanas

DOENÇA MATERIAL BIOLÓGICO CORRELAÇÃO CLÍNICA REFERÊNCIAS

Fibrose Cística Soro Elevação da HMGB-1 associada à exacerbação pulmonar aguda e

pior prognóstico. LIOU et al., 2012

Meningite LCR

Elevação da HMGB-1 associada à meningite bacteriana e associada a contagem de leucócitos e altera-ções glicêmicas no LCR.

TANG et al., 2008

LES Soro, urina

Anticorpos anti-HMGB-1 as-sociados à atividade da doença. Níveis elevados na urina correla-cionados ao índice de atividade do LES (SLEDAI) e a quadros de nefrite ativa. ABDULAHAD et al., 2011, 2012; HAYASHI et al., 2009 Miosite Tecido Expressão de HMGB-1 elevada em biópsias musculares de pa-cientes com miosite com redução após terapia com prednisona.

ULFGREN et al., 2004

Vasculites Soro

HMGB-1 está elevada no soro de pacientes com vasculites e com redução após terapia com prednisona. EGUCHI et al., 2009; WIBISO-NO et al., 2010; AHN et al., 2011; BRUCHFELD et al., 2011 Sepse Soro Níveis elevados de HMGB-1 no soro de pacientes com sepse asso-ciado a pior prognóstico. Outro estudo mostra que este marcador não tem valor prognóstico.

WANG et al., 1999;

VELÁSQUEZ et al., 2013

Síndrome

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óbito. (LIOU et al., 2012). Outra pesquisa realizada por Tange e colaboradores (2008) demonstrou que a avaliação dos níveis de HMGB1 no líquido cefalorraquidiano (LCR) de pacientes com suspeita de meningite, ajuda a diferenciar quadros de meningite bacteriana, onde o HMGB1 está elevada, contrapondo-se ao observado na meningite asséptica, em que não há alteração deste marcador. Este estudo foi realizado em 72 pa-cientes com meningite e os níveis de HMGB1 nos papa-cientes com meningite bacteriana também estiveram positivamente correlacionados com a contagem de células brancas e nível de glicose no LCR (TANG et al., 2008).

Estudos realizados em pacientes com doenças inflamatórias e autoimunes tam-bém indicaram correlação com parâmetros clínicos. Pacientes com LES demonstra-ram que os níveis de anticorpos anti-HMGB-1 estão correlacionados com a atividade da doença (ABDULAHAD et al., 2011; HAYASHI et al., 2009). Níveis elevados de HMGB-1 na urina estão presentes em pacientes com nefrite ativa e estão correlacio-nados com a atividade do Lúpus medida pelo SLEDAI (ABDULAHAD et al., 2012). Em pacientes com miosite e doenças inflamatórias musculares a HMGB-1 está elevada tanto no citoplasma quanto no meio extracelular de amostras de biópsia muscular e após terapia padrão com prednisona há uma redução na expressão extracelular desse marcador. Provavelmente esta redução está associada a redução do infiltrado de células inflamatórias no músculo após o tratamento (ULFGREN et al., 2004). Achados se-melhantes foram observados em doenças inflamatórias dos vasos, onde níveis séricos elevados de HMGB-1 estão associados a atividade da doença comportando-se como preditor de resposta ao tratamento (EGUCHI et al., 2009; WIBISONO et al., 2010; AHN et al., 2011; BRUCHFELD et al., 2011).

Em pacientes com quadro de sepse, os níveis elevados de HMGB-1 estão asso-ciados a pior prognóstico (WANG et al., 1999), entretanto, a dosagem de HMGB-1 sérica não foi considerado um método sensível e específico para o diagnóstico da sepse (GÁMEZ et al., 2011). Outro estudo colocou em cheque também sua utili-dade como marcador prognóstico. Foram avaliados 579 pacientes com suspeita de infecção atendidos no departamento de emergência e nenhum dos biomarcadores testados, incluindo níveis de HMGB-1 sérico, mostraram utilidade como marca-dor prognóstico (VELÁSQUEZ et al., 2013) o que demonstra que outros estudos precisam ser realizados para comprovar a utilidade do HMGB-1 como marcador prognóstico da sepse.

As HMGB atuam como potentes ativadores e amplificadores da cascata infla-matória a partir da produção de citocinas, indução de quimiotaxia, indução de an-giogênese e ativação celular (YANG et al., 2013). Possuem diversos mecanismos de ação como ligação à cromatina, interação com receptores celulares, formação de complexos com citocinas entre outros. Os vários ensaios realizados até o momento para compreender sua função em diferentes doenças, sugerem que a HMGB-1 e a via inflamatória ligada a estas moléculas estão diretamente relacionados à fisiopato-logia de doenças inflamatórias e autoimunes. Tais evidências reforçam que este é um campo fértil para novas pesquisas que favorecerão a melhor compreensão da base fisiopatológica dessas enfermidades e a busca de novos biomarcadores para auxílio diagnóstico e avaliação prognóstica.

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HIGH MOBILITY GROUP BOX PROTEIN-1 (HMGB-1): IMMUNE FUNCTION AND USE AS DIAGNOSTIC MARKER

Abstract: high-mobility group box 1 protein is a non histon protein with structural role in

chromosomal architecture and in inflammatory conditions, cell activation or cell death can be found in the cytoplasm and extracellular space. Studies have demonstrated that HMGB-1 dosage shows a strong association with inflammatory and autoimmune dise-ases pathophysiology, and this discussion is the objective of the present review study.

Keywords: HMGB-1. DAMPs. Inflammation. Autoimmunity. Referências

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* Recebido em: 15.09.2014 . Aprovado em: 25.09.2014. DANILO MESQUITA JUNIOR

Doutorando em Reumatologia da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp). Bio-médico pela Pontifícia Universidade Católica de Goiás (PUC Goiás). Professor no Centro Universitário São Camilo.

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